星系呼吸气体当它们停止时就不再形成恒星

在天文学史上的大部分时间里，我们所能看到的都是恒星。我们可以单独地看到它们，在星团中，在星云中，以及在模糊的斑点中，我们认为它们是恒星团，但实际上是星系。问题是，大多数物体都比恒星和星系更难看见。这是气体。

现在天文学家可以比以往更好地观察气体，我们可以看到星系如何吸入和呼出气体。当它们停止呼吸时，恒星就停止形成。

在宇宙的早期，一切都是气体。没有星星或星系。快进135亿年左右，我们几乎在任何地方都能看到星系及其恒星。但星系中的绝大多数物质仍然是气体。

天然气无处不在。当它位于星系之间的空间时，我们将其称为星系间介质。当气体紧密包围星系时，我们称之为环星系气体。它们之间没有任何障碍，它们只是天文学家使用的名称，以便他们可以谈论它们。

天文学家开始了解星系、其环星系介质和星系间介质之间的气体流动。这种流动调节恒星的形成，当这种流动停止时，星系就会停止呼吸。

恒星、重力、气体温度和密度都在星系呼吸中发挥着作用。当宇宙开始运转时，气体聚集在星系中并形成恒星。当恒星死亡时，尤其是作为超新星死亡时，它们会将气体排出。此时，气体相对较热且扩散并且抵抗压缩。

但当气体离开星系时，它就会冷却。当它冷却时，它的密度会增加，星系的引力可以更牢固地控制它。然后气体被吸回星系，在那里它可以再次从云层中塌陷，形成恒星。这就是气体在星系中循环或呼吸的方式。

天文学家直到20世纪60年代才知道这种星系呼吸，当时他们可以观察到来自遥远类星体的光穿过所有这些气体。现在天文学家有了更好的工具来观察这种气体，他们的了解也在不断加深。

CGM的区域比IGM小得多，而且也暗淡得多。然而，该地区在回收方面发挥着至关重要的作用。2017年的一篇论文指出，“CGM是星系恒星形成燃料的来源，是星系反馈和回收的场所，或许也是星系气体供应的关键调节器。”

研究CGM的天文学家发现了一些星系呼吸的令人信服的证据。它来自对星系外独立气体云的研究。其中一些气体云比其他云具有更高的金属丰度。只有恒星才能产生金属，因此金属丰度较高的气体云一定是来自恒星的流出气体。高金属度气体是已经存在于星系中但被推出的呼出气体。

天文学家还发现，距离星系最近的CGM中的气体具有更高的金属丰度。“环绕银河系的介质甚至会让人着迷：在太阳系形成之前，地球上的重元素是否会在银河系的CGM中来回循环多次?”2017年的论文问道。

天文学家已转向大规模调查来更深入地探索银河系的呼吸。事实证明，CGM中的气体密度比IGM中的气体密度高1,000倍。它的温度范围为10,000到100万开尔文，比IGM中的气体既冷又热。但仍然很难看出究竟发生了什么。来自流入气体的信号经常与来自星系本身的信号重叠，这使得它们难以研究。另一方面，流出的气体更容易看到。

资金外流的原因尚不确定。超新星可能发挥作用，来自巨大、炽热、年轻恒星的强大星风也可能发挥作用。黑洞喷流和反馈也可能发挥作用。

无论这种呼吸气体的绝对原因是什么，它最终都会停止。天文学家称之为“淬灭”，并且有充足的证据证明这一点。一旦熄灭，星系就被称为“静止星系”，不再形成恒星。在天空观测中，静止的星系仍在形成恒星并呈现蓝色，而静止的星系则呈现红色。他们之间没有太多的隔阂。

但天文学家在理解淬灭方面面临着与理解气体流入星系相同的问题：缺乏有力的证据。天文学家所掌握的一些证据非常令人费解。

例如，一些研究发现气体在引力作用下与红色、淬灭的星系结合在一起。这种气体又冷又密，足以形成恒星，但由于某种原因，它不会落入星系。因此，附近有充足的恒星形成燃料，但它无法进入星系。

观察坠落气体的困难意味着目前还无法更全面地了解银河呼吸。但天文学家还有另一种工具：模拟。

一项名为“FIRE：现实环境中的反馈”的模拟模拟了数十亿年来气体流入和流出星系及其恒星的形成过程。其中一项模拟显示银河系随着时间的推移而形成。星系的形成永远不会真正结束，模拟提供了一个有用的可视化：温暖的气体离开星系，而凉爽、稠密的气体回流。

一旦恒星停止形成，行星也会停止形成。推而广之，生命或许也是如此。从这个角度来看，星系的熄灭就是可能性的熄灭。作为一名外星天文学家，生活在一个已经熄灭的星系中，那里的恒星正在老化，而且没有新的恒星形成，那会是什么样的感觉?这是一个奇怪而忧郁的想法。

但有一天，不仅仅是星系会熄灭。我们生活在恒星时代，物质被组织成行星、恒星、星系和星系团。大约100万亿年后，这个时代就会结束，就像整个宇宙都被淬灭了一样。剩下的将是白矮星、褐矮星、中子星和黑洞。

不会再有新的恒星形成，宇宙将变得黑暗和寒冷，人类曾经思考过的一切，包括星系如何呼吸气体并形成恒星，都将变得毫无意义。